DE3875175T2 - Tintenstrahldrucker. - Google Patents

Description

Technisches Gebiet:
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Drucker, die ein druckbeaufschlagtes flüssiges Medium zur Aufzeichnung von Zeichen auf einem Informationsträger verwenden, die unmittelbar an Austrittsöffnungen für das flüssige Medium eine für das Medium vorgesehene Kammer und Einrichtungen zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Öffnungen in vorgegebener Weise umfaßt.
• Insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung für Drucker des Typs, der oft als Tintenstrahldrucker bezeichnet wird, wobei dem Begriff "Tinte" natürlich eine sehr breite Auslegung zukommt, wobei aber das Druckprinzip auf der Verwendung einer druckbeaufschlagten Flüssigkeit basiert, die in kontrollierter Form durch kleine Öffnungen in einem Druckkopf ausgetragen wird. Derartige Öffnungen können beispielsweise in einer Reihe in einem Druckkopf mit feststehender Äusrichtung oder in einem um eine zur Ebene der Öffnungen senkrechte Achse drehbaren Druckkopf angeordnet sein.
• Hierbei tritt das Problem relativ schneller Öffnungs- und Schließvorgänge in den verwendeten Ventilanordnungen auf. In diesem Zusammenhang ist das Auftreten von Druckschwankungsphänomenen unvermeidlich. Die vorübergehenden Druckabfälle, die an den Austrittsöffnungen exakt in dem Moment auftreten, in dem das Ventil sich öffnet, bilden unter dem Gesichtspunkt der Aufzeichnung ein störendes Schwankungsphänomen.
Zugrundeliegender Stand der Technik:
• Zur Verringerung von Druckschwankungen ist die Verwendung eines Mehrkammersystems für das druckbeaufschlagte Medium bekannt. Ein System mit doppelten Kammern ist zum Beispiel aus der schwedischen Veröffentlichung 7216692-9 bekannt. Dieses Mehrkammersystem ist ein sogenanntes Kapillarsystem, in dem die Flüssigkeit durch die Kapillaren direkt mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht. Da die Flüssigkeiten der hier betrachteten Art gewöhnlich ein Lösungsmittel enthalten, das die Flüssigkeit verarbeitbar macht, ist offenbar, daß Kapillaren offensichtliche Probleme in derartigen Systemen mit sich bringen.
• In der EP-A-0 268 277 (veröffentlicht am 25.08.88 mit beanspruchter Priorität vom 19.11.86) ist ein Doppelkammersystem aufgezeigt. In diesem System weist die dem Einlaß nächstgelegene Kammer einen luftgefüllten Raum auf, der als Dämpfer zur Reduzierung oder Eliminierung einer Druckübertragung in die Zulieferleitung wirkt.
• Ein weiteres Mehrkammersystem ist in der schwedischen Veröffentlichung 8406552-3 gezeigt. In diesem Fall wird die Möglichkeit genutzt, einen sogenannten stoßartigen Druckanstieg in einer zweiten Kammer mittels einer Trennwand vorzusehen, die sich in die zweite Kammer "ausbeulen" kann, um so zu versuchen, die Effizienz der Tröpfchenproduktion zu erhöhen.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System aufzuzeigen, das wesentlich einfacher als bekannte Systeme ist und dessen Hauptfunktion es ist, den Druckabfall in den Austrittsöffnungen für die Flüssigkeit zu verringern, so daß die Tröpfchenbildungsfähigkeit der druckbeaufschlagten Flüssigkeit ohne Berücksichtigung von Druckschwankungen, die andernfalls normalerweise auftreten, in vollem Umfang genutzt werden kann.
• Im Prinzip weist die Erfindung eine gewisse Ähnlichkeit mit hydraulischen Aufhängungssystemen in Kraftfahrzeugen auf, aber das Neuartige der Erfindung liegt in der Tatsache, daß man in der Lage ist, Druckschwankungen kurzer Dauer, die bei den im Zusammenhang mit der Erfindung auftretenden hohen Öffnungs- und Schließfrequenzen auftreten, effektiv zu eliminieren.
• Es wurde festgestellt, daß in dem hydraulischen System eine Pufferanordnung irgendeiner Art erforderlich ist, die im Prinzip durch die druckbeaufschlagte Flüssigkeit gebildet wird. Die richtige Plazierung derartiger Pufferanordnungen, d.h. möglichst nahe an der Druckschwankungsquelle, wurde ebenfalls festgestellt.
Beschreibung der Erfindung:
• Die Erfindung zeigt somit eine Vorrichtung für Drucker auf, die ein druckbeaufschlagtes flüssiges Medium zur Aufzeichnung von Zeichen auf einem Informationsträger verwenden, die unmittelbar an Austrittsöffnungen für das flüssige Medium eine für das Medium vorgesehene Kammer und Einrichtungen zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Öffnungen in vorgegebener Weise umfaßt.
• Kennzeichnend für die Vorrichtung ist, daß wenigstens eine Pufferkammer zur Aufnahme vorübergehender Druckänderungen nahe den Austrittsöffnungen angeordnet ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Pufferkammer eine elastische oder wenigstens flexible Trennwand zwischen der Flüssigkeitskammer und der Pufferkammer.
• Um prinzipiell unabhängig vom Eindringen von Molekülen des Lösungsmittels oder ähnlichem nach außen in die Umgebung zu sein, ist die Pufferkammer vorzugsweise als geschlossene Kammer mit derartigen Eigenschaften ausgeführt, daß sie das Eindringen oder die Wanderung von Molekülen nur durch die Membran erlaubt.
• In einer bestimmten Ausführungsform ist die Flüssigkeitskammer zwischen einem Ventilgehäuse und einer Abdeckplatte vorgesehen, die mit einer Öffnung versehen ist, gegen die zu öffnende und zu schließende Ventilkörper wirken, bei der diese Körper oder mit diesen zusammenwirkende Glieder in Führungsbohrungen des Ventilgehäuses geführt sind. Kennzeichnend für diese Anordnung ist, daß die Pufferkammer(n) unmittelbar benachbart zu den Führungsbohrungen im Ventilgehäuse angeordnet ist (sind).
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Pufferkammer mit einer Bohrung, die eine mit der Flüssigkeitskammer in Verbindung stehende Öffnung aufweist, und mit einem in die Bohrung eingeführten Körper versehen.
• Die Bohrung steht vorzugsweise mit der Kammer über ein Öffnung in Verbindung, die kleiner ist als die Bohrung.
• In einer praktischen Ausführungsform ist die Trennwand zwischen dem Ventilkörper und der Öffnung eingesetzt.
• Ein Hohlraum, gegen den die Membran während der vorübergehenden Druckschwankungsabläufe wirkt, ist vorzugsweise zwischen der Bohrung und der Trennwand angeordnet.
• In einer praktischen Ausführungsform ist der Körper geringfügig konisch ausgeführt und soll in der Bohrung mit einer Preßpassung aufgenommen werden.
• Ein Durchtrittskanal ist vorzugsweise im Körper ausgeführt. Während des Einsetzens des Körpers in die Bohrung steht der Durchtrittskanal mit der der Flüssigkeit abgewandten Seite der Membran in Verbindung, wobei er so angeordnet ist, daß er mittels eines Dichtelements abgedichtet wird, nachdem der Körper an den für ihn vorgesehenen Platz gesetzt wurde.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
• Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft dargestellt.
• Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitssystems für die erfindungsgemäße Vorrichtung;
• Fig. 2 zeigt eine mangelhafte Art der Tröpfchenbildung, wie sie in bekannten Systemen auftreten kann;
• Fig. 3 zeigt den selben Mangel, aber in Form eines photographischen Bildes;
• Fig. 4 zeigt eine annehmbare Tröpfchenbildungsfunktion, die gemäß der Erfindung erzielt wurde;
• Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht eines Ventilgehäuses für einen Druckkopf gemäß der Erfindung;
• Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie VI-VI in Fig. V;
• Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie VII-VII in Fig. 5;
• Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie VIII- VIII in Fig. 5;
• Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines "Stopfens" zur Bildung einer Pufferkammer oder einerSpeicherkammer gemäß der Erfindung; und
• Fig. 10 ist eine Ansicht von oberhalb des "Stopfens" in Fig. 9.
Beste Ausführungsart der Erfindung:
• Der Druckkopf 10 in Fig. 1 wird aus einem Vorratsbehälter 11 mit Druckflüssigkeit versorgt, der mittels einer Pumpe 12 mit einem bestimmten vorgegebenen Druck, z.B. 1,3 Atmosphären, beaufschlagt ist.
• Fig. 2 zeigt in vereinfachter Weise, was an einer Austrittsöffnung 13 im Druckkopf 10 geschehen kann. Auf der linken Seite der Platte 14 in Fig. 2 ist der Druck normalerweise durch die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 11 bestimmt. Wird jedoch ein Ventilkörper 15, der in Richtung des Doppelpfeiles 16 bewegbar ist, geöffnet, so tritt in der Öffnung 13 ein gewisser kurzer Druckabfall auf, der zu einer mangelhaften Tröpfchenbildung führen kann, wie sie mit Bezugszeichen 17 dargestellt und bezeichnet ist. Tatsächlich angestrebt wird eine Tröpfchenbildung entsprechend 18, d.h. ein einzelner länglicher ununterbrochener Strahl.
• Selbstverständlich gibt es andere Wege zur Druckbeaufschlagung der Druckflüssigkeit als den in Fig. 1 gezeigten. Anstelle des die Leitungen 34 und 35 umfassenden Zirkulationssystems könnte man beispielsweise ein System mit nur einer Versorgungsleitung und einer Art eines Überdruckventils auf der Rücklaufseite ausführen. Zirkulationssysteme sind jedoch die gewöhnlich bevorzugten Druckbeaufschlagungssysteme.
• Fig. 3 zeigt ein mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera in Verbindung mit einem Druckkopf des in Fig. 2 gezeigten Typs, d.h. ohne eine Pufferanordnung irgendeiner Art, aufgenommenes photographisches Bild.
• Fig. 4 zeigt dagegen die mittels der nachfolgend beschriebenen Pufferkammeranordnung erzielten Resultate.
• Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines Ventilgehäuses 19, in dem ein Satz von sieben Führungsöffnungen 20 für die Ventilanordnung, beispielsweise des in unserer schwedischen Patentanmeldung Nr. 8605348-5 gezeigten Typs, vorgesehen ist.
• Wie Fig. 6 zeigt, ist vor diesen Führungsöffnungen (die zu nicht dargestellten Ventilankern und Führungen gehören) eine Flüssigkeitskammer 21 angeordnet. Diese Kammer ist an der Vorderseite mittels einer Abdeckplatte 22 abgeschlossen, die normalerweise direkt auf das Ventilgehäuse 19 aufgeklebt ist. In der Platte 22 befinden sich sieben Austrittsöffnungen 23 für die Flüssigkeit im System. Die Steuerung der Öffnungs- und Schließsequenzen dieser Öffnungen kann beispielsweise gemäß der genannten schwedischen Patentanmeldung ablaufen, d.h. mittels elektromagnetisch bewegter Ventilanker. Kennzeichnend für das System ist, daß die Ankerenden (vergleiche mit Element 15 in Fig. 2) direkt gegen die entsprechenden Austrittsöffnungen 23 und in die Flüssigkeitskammer 21, die den Flüssigkeitsvorratsbehälter bildet, wirken.
• Um Druckschwankungsphänomene - vor allem den während der Anfangsphase, wie in Fig. 2 gezeigt, verursachten Druckabfall - erfindungsgemäß zu vermeiden, wurde die Möglichkeit der Anordnung einer Pufferkammer 24 gemäß Fig. 7 nahe an oder unmittelbar mit diesen Öffnungen 23 verbunden verwirklicht. In der gezeigten Anordnung sind zwei Kammern 24 vorhanden, die jeweils mittels einer Bohrung 25 im Ventilgehäuse 19 durch Einführen eines in Fig. 9 gezeigten geringfügig konischen Körpers 26 in die Bohrung und durch Einführen einer Membran 27 zwischen dem Vorderabschnitt des Körpers und dem Boden der Bohrung vorgesehen sind. Diese Membran ist elastisch, z.B. aus Ethylpropylengummi oder Butylgummi hergestellt. Alternativ ist eine Membran vorstellbar, die vielleicht nicht im eigentlichen Sinn des Begriffes elastisch ist, die aber in der Weise flexibel ist, daß sie das Volumen der Kammer unter dem Einfluß kurzer Druckschwankungsvorgänge verändert. Eine Membranart, die zwischen zwei quasistabilen Stellungen mittels einer "Kipphebelwirkung" bewegbar ist, ist beispielsweise vorstellbar.
• In Fig. 7 ist zu sehen, daß die Membran 27 innerhalb einer Öffnung 28 im Boden der Flüssigkeitskammer 21 liegt und daß diese Öffnung 28 wesentlich kleiner ist als die Bohrung 25.
• Eine kontrollierte Atmosphäre, z.B. Luft oder eines geeigneten Gases, wird in der Kammer 24 aufrechterhalten. Da die Kammer(n) 24 im Vergleich mit dem Volumen des Flüssigkeitssystems ein beschränktes Volumen darstellt, wird das Eindringen oder die Wanderung von Gasmolekülen in die Kammer(n) 24, was aus der Flüssigkeit auftreten kann, sehr gering sein, bevor die Sättigung des Gases in den Pufferkammern auftritt. Das bedeutet, daß durch die vorgeschlagenen Pufferkammern kein Risiko besteht, daß die Flüssigkeit trocknet oder andere derartige Phänomene auftreten.
• In Fig. 7 sind ebenfalls zwei Kanäle 29, 30 gezeigt, die mit der Flüssigkeitskammer 21 in Verbindung stehen. Diese Kanäle stellen die Zirkulationsverbindung 34, 35 zwischen dem Druckkopf und dem Flüssigkeitsvorratsbehälter, wie in Fig. 1 gezeigt, dar.
• Wie in Fig. 9 zu sehen ist, ist der Körper 26 geringfügig konisch und dergestalt geformt, daß er in die Bohrung 25 mit einer Preßpassung eingesetzt werden kann. Um diesen Vorgang zu ermöglichen und das Evakuieren der Luft aus der Kammer 24, die auf diese Weise gebildet wird, zu erlauben, ist im Körper 26 ein Durchtrittskanal 31 vorgesehen. In Fig. 9 endet dieser oben mit einem engeren Kanal 31'. Wenn der Körper 26 eingesetzt ist und an der vorgesehenen Stelle befestigt ist, wird die Bohrung in der Kammer 24 durch Einschrauben einer Schraube in den Kanal 31 und durch Versehen derselben mit einem geeigneten Dichtring 32 abgedichtet.
• Fig. 8 zeigt zwei Gewindelöcher 33, deren Zweck die Bildung der Befestigungspunkte für Befestigungsschrauben des Solenoidpakets (nicht dargestellt) ist, das die Ventile (ebenfalls nicht dargestellt) steuert, die die Kanäle 23 in der Platte 22 öffnen und schließen sollen.
• Auch wenn eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, versteht es sich, daß innerhalb des Umfanges der beigefügten Patentansprüche Abänderungen und Alternativen möglich sind.

Claims (10)

1. Vorrichtung für Drucker, die ein druckbeaufschlagtes flüssiges Medium zur Aufzeichnung von Zeichen auf einem Informationsträger verwenden, die unmittelbar an Austrittsöffnungen für das flüssige Medium eine für das Medium vorgesehene Kammer und Einrichtungen zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Öffnungen in vorgegebener Weise umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Pufferkammer (24) zur Aufnahme vorübergehender Druckänderungen nahe den Austrittsöffnungen (23) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkammer eine elastische oder wenigstens flexible Trennwand (27) zwischen der Flüssigkeitskammer und der Pufferkammer umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkammer geschlossen ist und das Eindringen oder die Wanderung von Gasmolekülen nur durch die Trennwand (27) zulässt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, bei der die Flüssigkeitskammer (21) zwischen einem Ventilgehäuse (19) und einer Abdeckp1atte (22) vorgesehen ist, gegen die zu öffnende und zu sch1ießende Ventilkörper wirken, und bei der diese Körper oder mit diesen zusammenwirkende Elemente in Führungsbohrungen (20) im Ventilgehäuse geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkammer(n) (24) im Ventilgehäuse in naher Nachbarschaft zu den Führungsbohrungen (20) im Ventilgehäuse angeordnet ist (sind).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferkammer (24) durch eine Bohrung mit einem Verbindungsgang (28) gebildet ist, der in Verbindung mit der Flüssigkeitskammer und einem in der Bohrung eingesetzten Körper (26) stehend angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (25) init der Kammer (21) über ein Öffnung (28), die kleiner ist als die Bohrung, in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (27) zwischen dem Körper und der Öffnung befindlich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Körper und der Trennwand eine Vertiefung ausgebildet ist, gegen die die Membran während des vorübergehenden Druckverlaufes wirkt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper als leicht konischer Körper (26) ausgebildet ist, der in der Bohrung mit einer Preßpassung aufgenommen werden soll.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Körper ein Durchtrittskanal (31) hergestellt ist, der während des Einführens des Körpers in die Bohrung mit der von der Flüssigkeit abgewandten Seite der Membran in Verbindung steht und der zur Abdichtung mittels eines Dichtelementes (32) vorgesehen ist, nachdem der Körper an den für ihn vorgesehenen Platz gesetzt wurde.